WITBOEK DELFZIJL 2020

WITBOEK DELFZIJL 2020
LIGHT METAL CAPITAL OF EUROPE
Een verkennende studie naar de levensvatbaarheid
van de lichtmetaalindustrie in Noordoost-Nederland
21 januari 2014
Drs. W.T. de Lange
LaMilCo Adviesbureau
WITBOEK DELFZIJL 2020
Inhoudsopgave
1. Inleiding ............................................................................................................................. 3
2. Aluminium: energieslurper of duurzaam materiaal? .......................................... 4
3. Energiesituatie in Noordoost-Nederland .............................................................. 5
4. Flexibele productie......................................................................................................... 6
5. Vloeibaar-metaal-batterij.............................................................................................. 7
6. Alydro technologie......................................................................................................... 8
7. Delfzijl in 2020 .............................................................................................................. 10
Referenties ............................................................................................................................ 11
Colofon ................................................................................................................................. 12
Figuur 2. De laadsteiger van Aldel gezien vanaf het water
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Foto: © F.L. Kemper
Pagina 2
1. Inleiding
Voor u ligt een verkennende studie uitgevoerd door LaMilCo Adviesbureau naar de mogelijkheden om
het industriegebied rond Delfzijl verder te ontwikkelen als internationaal schakelpunt op het gebied van
duurzame energie, gebruik makend van de strategische ligging en de bestaande infrastructuur.
Uitgangspunt is daarbij het behoud van de aluminiumsmelterij Aldel, die onlangs stilgelegd is, in
afwachting van de verdere ontwikkelingen; het smelten van aluminium zou niet meer rendabel zijn
vanwege de hoge energiekosten.
Aldel werd in 1966 gebouwd, het bedrijf zal/zou in 2016 dus 50 jaar bestaan. In dit rapport wordt er in
principe van uitgegaan dat de fabriek behouden blijft tot (ver) na 2020, vandaar de optimistische titel
Witboek Delfzijl 2020. Het koste wat kost openhouden van het bedrijf is daarbij geen doel op zich; wel
is rekening gehouden met (het voorkómen van) de negatieve consequenties van sluiting: kapitaalvernietiging alsmede verlies van werkgelegenheid en expertise op het gebied van lichtmetaalverwerking.
Leeswijzer
Deze rapportage is als volgt opgebouwd: na een beschrijving van aluminium als veelzijdig metaal
(hoofdstuk 2) wordt de energiesituatie in de regio beschreven (hoofdstuk 3) alsmede de noodzaak tot
een meer flexibele productie (hoofdstuk 4). Vervolgens worden in hoofdstuk 5 en 6 nieuwe technieken
met betrekking tot lichte metalen besproken, waarna in hoofdstuk 7 een beeld wordt geschetst van
Delfzijl zoals het er in 2020 uit zou kunnen zien.
Figuur 3. Aluminium persstaven (bron: Aldel)
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 3
2. Aluminium: energieslurper of duurzaam materiaal?
Het produceren (smelten) van aluminium ‘kost’ veel energie, dat weet iedereen. Net als ijzer is
aluminium een zogenaamd onedel metaal dat niet van nature in de aardkorst voorkomt maar alleen als
verbinding, meestal met zuurstof (aluminiumoxide). Voor het vrijmaken van het metaal uit het oxide,
het reduceren van het erts, is veel energie nodig, welk proces daar ook voor gebruikt wordt.
Aluminiumsmelterijen staan daarom vaak op plaatsen waar veel (relatief ‘goedkope’) energie
beschikbaar is, zoals bij waterkrachtcentrales. Voor de winning van het erts, bauxiet, en het opwerken
daarvan tot het tussenproduct (aluinaarde) is ook nog eens veel energie nodig, net als voor het transport
ervan. Voor de productie van 1 kg aluminium uit bauxiet is ca. 155 MJ nodig. Geen wonder dat het
produceren van aluminium over het algemeen wordt beschouwd als een bij uitstek energieverslindend
en (dus) niet-duurzaam proces.
Aluminium is echter juist een zeer duurzaam materiaal. In de eerste plaats letterlijk (‘durable’): het
gaat lang mee, dankzij het stabiele oxidelaagje dat automatisch wordt gevormd op het oppervlak en dat
verdere corrosie van het metaal tegengaat. In de tweede plaats is het ook ‘sustainable’ in die zin dat het
vaak wordt gebruikt in plaats van andere (zwaardere) metalen, hetgeen energie bespaart, bijvoorbeeld in
de vliegtuig- en automobielindustrie. Bovendien is het metaal relatief gemakkelijk te recyclen en wordt
bij het hersmelten ervan maar een fractie gebruikt van de energie die nodig was voor primaire productie.
In feite is het onjuist om bij de productie van aluminium te zeggen dat dit energie ‘kost’: het is eerder
het omzetten van de ene vorm van energie in een andere, met andere woorden, het metaal aluminium
is eigenlijk te beschouwen als een energiedrager. Het reduceren en oxideren van aluminium(oxide)
is een reversibel proces met een hoge efficiëntie, zoals o.a. aangetoond door de Israëlische firma
Alchemy Research. In de nabije toekomst kan aluminium daarom een belangrijke rol gaan spelen als
energiedrager: een stabiel en relatief inert materiaal met een hoge energiedichtheid, gemakkelijk en veilig
op te slaan en te vervoeren.
Figuur 4. Aluminium: het groene element?
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 4
3. Energiesituatie in Noordoost-Nederland
Sinds de aanboring van de aardgasbel van Slochteren in 1959 heeft het noordoosten van Nederland zich
ontwikkeld als een belangrijke speler op het gebied van de (inter)nationale energievoorziening. De
ruime beschikbaarheid van energie en arbeid (vanwege de verregaande mechanisering van de landbouw)
hebben de komst van energie- en arbeidsintensieve bedrijven als Aldel en Akzo (Nobel) gestimuleerd.
De Eemshaven heeft zich steeds meer ontwikkeld als de energiehaven van Nederland, met de bouw van
talloze elektriciteitscentrales en terminals voor olie, gas en LNG. De regio bevindt zich niet alleen
bovenop de nationale gasvoorraden, maar is ook de spin in het Europese gas- en elektriciteitsweb, met
een sterke energie- en agro-industrie en een strategisch ligging voor offshore windenergie. Veel lokale
bedrijven en onderzoeksinstellingen zijn actief betrokken bij energieprojecten.
De opwekking en het gebruik van elektriciteit zijn van oudsher vraaggestuurd: overdag is vaak meer
stroom nodig dan ’s nachts en in het weekend, pieken in het stroomverbruik werden/worden
opgevangen door het al dan niet inzetten van flexibele (meestal gasgestookte) centrales. Met de
opkomst van hernieuwbare bronnen als zonne- en windenergie is dit traditionele patroon gewijzigd:
zon en wind laten zich nu eenmaal moeilijk ‘uitzetten’, dus moeten pieken in de aanvoerlijn worden
opgevangen door afschakeling van andere centrales, extra gebruik of opslag van de overtollige stroom.
Aangezien in Duitsland relatief veel zonne- en windenergie wordt opgewekt en de Europese netwerken
gekoppeld zijn heeft het Nederlandse net hier ‘last’ van op zonnige en/of windrijke dagen in Duitsland.
Energie-intensieve bedrijven als Aldel kunnen een belangrijke rol (gaan) spelen in de opvang van de
pieken in de aanvoerlijn, mits zij zelf ook flexibel om weten te gaan met elektriciteit. Terwijl
consumenten uitblinken in grillig en onvoorspelbaar gedrag is het voor netwerkbeheerders prettig om in
het geval van bijzondere situaties te kunnen rekenen op grootverbruikers die hier actief en voorspelbaar
op reageren.
Figuur 5.
Delfzijl, strategisch gelegen ten
opzichte van vele (potentiële)
energiebronnen en -dragers, zowel
hernieuwbaar als fossiel:
• wind (Noordzee, Duitsland,
Denemarken)
• waterkracht (Noorwegen)
• zon (Duitsland)
• steenkool, aardgas, LNG
(Eemshaven)
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 5
4. Flexibele productie
Aluminium wordt voornamelijk geproduceerd door middel van elektrolyse volgens het Hall-Théroult
proces, ontwikkeld in 1888. Sindsdien is dit proces steeds verder geoptimaliseerd, waardoor de netto
energie-input minimaal is: een groot deel van de ingevoerde elektriciteit wordt omgezet in “chemische
energie”, of de verbrandingswaarde van het geproduceerde aluminium. Het proces is het meest efficiënt
wanneer er een constante aanvoer van elektriciteit is.
Figuur 6. Het Hall-Théroult proces (schematisch)
Om een bedrijf als Aldel optimaal te kunnen laten inspelen op de aanbod van (goedkope) elektriciteit is
het noodzakelijk om de bedrijfsprocessen flexibel te laten verlopen. Dit kan enerzijds door de toevoer
van elektriciteit aan het hoofdproces te variëren, anderzijds door het aan- of uitschakelen van
nevenprocessen die minder elektriciteit verbruiken (of juist opwekken). Hierbij valt te denken aan het
(tijdelijk) toevoegen van meer secundair aluminium, waardoor de netto elektriciteitsbehoefte daalt, of
door het toepassen van nieuwe technieken. Twee recent ontwikkelde op lichte metalen gebaseerde
technieken springen daarbij in het oog: de vloeibaar-metaal-batterij (Liquid Metal Battery, LMB) en de
productie van aluminium als brandstof volgens het AlHydro-concept. In de komende hoofdstukken
worden deze technieken nader toegelicht.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 6
5. Vloeibaar-metaal-batterij
Onlangs is door Prof. Donald Sadoway (MIT) een batterij ontwikkeld die louter vloeibare metalen en
zouten bevat, de liquid metal battery (LMB). Het idee achter deze batterij is dat met relatief goedkope
materialen een efficiënt energie-opslagsysteem kan worden ingezet voor het opvangen van pieken en
dalen in vraag en aanbod van elektriciteit, mede gelet op de voortschrijdende decentralisatie van de
opwekking daarvan.
De tot nu toe meest veelbelovende batterij bevat de metalen antimoon en magnesium, en een elektrolyt
bestaande uit MgCl2, KCl en NaCl. Doordat de metalen en de zouten onderling niet mengen, en door
het verschil in dichtheid, bevat de batterij drie gescheiden lagen. De onderste laag bestaat uit een
legering van antimoon en magnesium. Bij het opladen van de batterij worden Mg2+-ionen in de
gesmolten zoutlaag gereduceerd tot Mg0 (metallisch magnesium). Aangezien dit lichter is dan het
elektrolyt migreert het uit het zout naar boven, zodat de laag magnesium breder wordt. Bij het ontladen
van de batterij wordt het magnesium geoxideerd tot Mg2+. Zie onderstaand schema.
Figuur 7. Het principe van de magnesium-antimoon batterij. (Bradwell, 2012)
Nadeel van dit soort batterijen is de relatief hoge bedrijfstemperatuur (ca. 700 ºC). Ook lijkt het lastig
om de batterij op te schalen, het is vermoedelijk efficiënter om veel cellen in serie te schakelen
(modulair) dan om één grote cel te maken. Op dit moment werkt het team van Prof. Sadoway aan het
prototype van een grotere cel; tegelijkertijd wordt nog onderzocht welke andere (goedkopere) metalen
in aanmerking komen voor deze toepassing, waaronder aluminium. Op grond van de kostprijs zou een
aluminium-calcium batterij bijvoorbeeld een goede kans maken.
Onlangs had ondergetekende een gesprek met Michael Kearney van Ambri Inc., het bedrijf dat de
Liquid Metal Battery verder ontwikkelt. Hij bleek zeer geïnteresseerd in het idee voor een ‘pilot plant’ in
Delfzijl, maar vond het nog te vroeg om er een uitspraak over te doen. Op de middellange termijn zag
hij zeker mogelijkheden, vooral vanwege de strategische ligging (vanuit energetisch oogpunt), en het
relatief gunstige politieke klimaat. Ook het feit dat in de regio veel kennis en ervaring aanwezig is op het
gebied van lichte metalen zag hij als een groot voordeel.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 7
6. Alydro technologie
Dat aluminium een uitstekende energiedrager kan zijn, is ook aangetoond door o.a. de Israëlische firma
Alchemy Research. Zij heeft de zogenaamde Alydro technologie ontwikkeld, waarbij aluminium als
‘brandstof’ dient. De reactie van aluminium met water (stoom) bij hoge temperatuur levert waterstof en
aluminiumoxide, terwijl daarnaast ook veel warmte wordt gegenereerd.
2 Al + 3 H2O → Al2O3 + 3 H2 (+ warmte)
Het gevormde waterstofgas kan vervolgens worden gebruikt voor (in situ) elektriciteitsproductie.
Het aluminiumoxide is weer eenvoudig met behulp van elektrolyse om te smelten tot aluminium,
waarmee de kringloop is gesloten.
Schematisch:
Figuur 8. De Alydro cyclus. Bron: Alchemy Research, Israël
De meest uitvoerig onderzochte toepassingen van de Alydro technologie zijn:
• motorbrandstof
• energieopslag
De aluminium-water auto
De ontwikkeling van een automobiel met een aluminium-water motor staat nog in de kinderschoenen.
Het concept is echter veelbelovend: een auto die alleen aluminium en water als brandstof gebruikt, die
geen schadelijke gassen uitstoot en slechts (recycleerbaar) aluminiumoxide als reststof heeft. Zo zou je
in het tankstation van de toekomst niet alleen benzine, (bio)diesel of LPG kunnen tanken of je auto aan
het stopcontact kunnen leggen, maar ook een zak aluminiumpoeder kunnen kopen tegen inlevering van
een zak aluminiumoxide. De energiedichtheid (verbrandingswaarde) van aluminium is veel groter dan
die van fossiele brandstoffen, bijvoorbeeld 2,5 keer zo groot als die van diesel. Met een tank van 60 liter
aluminium zou dus 2400 km af te leggen zijn zonder bijtanken. Toekomstmuziek? Jazeker, maar
bepaald niet onrealistisch.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 8
Duurzame energieopslag
Met behulp van de Alydro-technologie kan een bijdrage worden geleverd aan de efficiënte inzet van
elektriciteit, met name wanneer deze afkomstig is van hernieuwbare bronnen zoals zon en wind. In een
speciale Alydro-generator wordt elektriciteit geproduceerd uit aluminium en water op momenten dat de
vraag naar elektriciteit groter is dan het aanbod, bijvoorbeeld vanwege de weersomstandigheden. Het
gevormde aluminiumoxide wordt meestal niet ter plekke hergebruikt; het wordt ingezameld en in een
speciale fabriek opnieuw gereduceerd tot aluminium, waarna het weer als brandstof kan worden
gebruikt. Gedurende deze cyclus treedt in principe vrijwel geen materiaalverlies op.
In vergelijking met gangbare generatoren biedt de Alydro-generator vele voordelen: hij is zeer stil,
produceert geen afval anders dan (recycleerbaar) aluminiumoxide en neemt relatief weinig ruimte in. De
opslag van 1 MWh vergt slechts 43 liter; voor diesel is dit 105 liter, voor een lithiumbatterij 3300 liter.
Verder is aluminium een niet-toxisch materiaal dat onder normale omstandigheden inert en niet
brandbaar is, en veilig te vervoeren en op te slaan. Wanneer het gevormde waterstofgas direct wordt
omgezet in elektriciteit (of een andere vorm van energie) zijn de veiligheidsrisico’s daarvan ook beperkt.
Strategische voorraad
Veel landen bezitten zogenaamde strategische voorraden grondstoffen, zoals metalen en brandstoffen,
om achter de hand te hebben in het geval er (langdurige) handelsconflicten uitbreken met landen waar
de betreffende grondstoffen vandaan komen. Aangezien de wereld nog altijd grotendeels draait op
fossiele brandstoffen vormt de opslag van olie, gas en daaruit afgeleide producten een belangrijk deel
van deze strategische voorraden. Indien een deel van deze fossiele reserves zouden worden vervangen
door aluminium zou dit vele voordelen opleveren: de veiligheidsrisico’s van de opslag en het vervoer
van aluminium zijn te verwaarlozen ten opzichte van die van fossiele brandstoffen. Zo behoeft een
opslag van aluminium nauwelijks beschermende maatregelen tegen dreigingen als terroristische acties of
aardbevingen. En stel dat alle olietankers zouden worden vervangen door aluminiumtankers dan
worden de oceanen er gelijk een stuk veiliger op. De tankers worden dan bovendien erg efficiënt
gebruikt: ze vervoeren niet alleen aluminium van de smelterijen naar de “gebruiker”, maar varen ook
weer terug met aluminiumoxide. Mocht er eens een schip vergaan dan heeft dat geen grote gevolgen
voor het milieu: zowel aluminium als aluminiumoxide is slecht oplosbaar in water, bovendien is
aluminium één van de meest voorkomende elementen in de aardkorst en voor de meeste soorten niet of
nauwelijks giftig, ook niet in hogere concentraties.
Figuur 9. Nu olie, straks aluminium??
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 9
7. Delfzijl in 2020
In voorgaande hoofdstukken is een beeld geschetst van de technologieën die in de toekomst gebruikt
kunnen worden in Delfzijl, gebaseerd op de kennis van en ervaring met de verwerking van lichte
metalen die opgebouwd is in en bij Aldel.
Op grond van deze bevindingen wordt voorgesteld de vestiging van Aldel te behouden en te gebruiken
als spil in de elektriciteitsvoorziening in Nederland en Noordwest-Europa. Wel zou de fabriek enigszins
moeten worden gerenoveerd om flexibeler om te kunnen springen met een wisselend aanbod van
elektriciteit. Voorwaarde is ook dat er een goede verbinding is zowel met de elektriciteitsproducenten in
de regio (met name de nieuwe centrales in de Eemshaven) als met het Duitse netwerk, zoals de nieuwe
kabel naar Emden die onlangs gepland is.
De regio is niet alleen belangrijk op het gebied van elektriciteit, tegelijkertijd wordt het een proeftuin
voor lichte metalen, met vloeibaar-metaal-batterijen en toepassing van Alydro-technologie.
Om vraag en aanbod van elektriciteit nog beter op elkaar af te stemmen worden diverse vloeibaarmetaal-batterijen gebouwd, waarvan de werking nader wordt onderzocht. Er wordt in eerste instantie
een grote magnesium-antimoon-batterij gebouwd, daarnaast wordt ook geëxperimenteerd met
aluminium-calcium-batterijen. De bevindingen worden tevens gebruikt voor het verder optimaliseren
van de aluminiumfabriek.
Er wordt ook een aparte fabriek gebouwd voor de productie van aluminium ten behoeve van de
Alydro-technologie. In deze fabriek vindt niet alleen de productie plaats, ook wordt het gerecycleerde
aluminiumoxide teruggenomen, onderzocht en zo nodig gezuiverd voor het opnieuw wordt verwerkt
tot aluminium. In de regio worden experimenten opgezet met Alydro-generatoren en er komen
‘tankstations’ voor Alydro-auto’s.
Deze ‘lichtmetaal-proeftuin’ trekt vooraanstaande wetenschappers en bedrijven uit de hele wereld aan
en zorgt ervoor dat Delfzijl tot ver ná 2020 bekend zal staan als “Light Metal Capital of Europe”,
wellicht zelfs van de wereld.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 10
Referenties
Wenjing Wei (2011): “Energy Consumption and Carbon Footprint of Secondary Aluminum Cast
House”, Royal Institute of Technology, Stockholm.
Menzie, W.D., et al. (2010): "The global flow of aluminum from 2006 through 2025: USGS Open-File
Report 2010–1256 ( http://pubs.usgs.gov/of/2010/1256 )
The Aluminum Association (2011) "Aluminum: The Element of Sustainability - A North American
Aluminum Industry Sustainability Report"
Alchemy Research (2013): “Alydro technology - the Alydro generator
http://www.alcres.com/web/about-alydro/alydro-generator
Donald Sadoway (2012): “The missing link to renewable energy” (TED Talk)
http://www.ted.com/talks/lang/en/donald_sadoway_the_missing_link_to_renewable_energy.html
Eric Wesoff, Greentech Media Com (7 Nov 2013): MIT Battery Startup Ambri Finds Early Customer
and Christens Factory ( http://www.greentechmedia.com/articles/read/Ambri-an-MIT-BatteryStartup-Finds-Early-Customer-and-Christens-Factory )
David J. Bradwell et al., “Magnesium-Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage”,
J.Am.Chem.Soc. 2012 (134), 1895-1897.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 11
Colofon
Projecttitel
Projectomschrijving
Initiatiefnemer
Auteur
Datum oplevering
Witboek Delfzijl 2020
Een verkennende studie naar de levensvatbaarheid van de
lichtmetaalindustrie in Noordoost-Nederland
LaMilCo Adviesbureau, Groningen
drs. W.T. de Lange
21 januari 2014
LaMilCo Adviesbureau is een onafhankelijk en objectief milieuadviesbureau gevestigd te Groningen.
LaMilCo Adviesbureau streeft naar een duurzame(r) samenleving: een leefbare wereld waarin de
kwaliteit van het leefmilieu wordt bevorderd door beperking van schadelijke emissies en verhoging van
de externe veiligheid.
LaMilCo Adviesbureau wil hier een zinvolle bijdrage aan leveren door middel van het gevraagd en
ongevraagd uitbrengen van deskundig, integer en verantwoord advies op deze gebieden.
Disclaimer
Dit rapport is zo objectief mogelijk tot stand gekomen. LaMilCo Adviesbureau heeft op geen enkele
wijze financieel, economisch of emotioneel voordeel bij de uitkomsten van het rapport, met dien
verstande dat, gezien de geografische nabijheid, een bepaalde emotionele betrokkenheid met de regio en
zijn toekomst niet geheel kan worden ontkend.
© Copyright 2014 LaMilCo Adviesbureau, Groningen
Alle rechten voorbehouden.
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door
fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande toestemming van de schrijver.
W.T. de Lange
Witboek Delfzijl 2020
Pagina 12

Download Report